Biobrandstof introductie het gebruik van biobrandstoffen zal de komende jaren verder toenemen



Dovnload 37.24 Kb.
Datum20.08.2016
Grootte37.24 Kb.
Biobrandstof




INTRODUCTIE

Het gebruik van biobrandstoffen zal de komende jaren verder toenemen.
Reportage RTVDrenthe: http://www.youtube.com/watch?v=zsjE_vlf1cI



Thema
De energiebehoefte is de afgelopen decennia steeds gegroeid als gevolg van toegenomen welvaart en de economische groei. Het grootste deel van de energie wordt momenteel nog gehaald uit fossiele brandstoffen, zoals aardolie, gas en steenkool. De voorraad fossiele brandstoffen raakt echter langzamerhand uitgeput.
Een ander groot nadeel van het gebruik van fossiele brandstoffen is dat ze de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer verhogen en zo bijdragen aan het broeikaseffect. In 1997 hebben de belangrijkste industrielanden in de Japanse stad Kyoto concrete afgesproken dat de CO2 -uitstoot in de periode 2008-2012 gemiddeld 5 procent lager zou moeten zijn dan in 1990. Nederland moet een reductie van 6 procent zien te realiseren.
Er zijn verschillende alternatieven voor fossiele brandstoffen, zoals het gebruik van duurzame energiebronnen als zon, wind, waterkracht, aardwarmte en biobrandstof. Ook kernenergie en slimme manieren om energie te besparen zijn mogelijkheden om onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen verkleinen.



Probleemstelling
Biobrandstoffen als ethanol, biogas en plantaardige oliën worden gezien als een van de alternatieven voor fossiele brandstoffen. Er wordt de laatste jaren veel geïnvesteerd in de ontwikkeling van biobrandstoffen, met name als brandstof voor in het verkeer. In veel landen bestaat de benzine of diesel aan de pomp al voor een deel uit biobrandstof.
Een groot voordeel van biobrandstoffen is dat ze niet opraken; ze kunnen steeds opnieuw geproduceerd worden. Er zijn echter ook nadelen aan biobrandstoffen. De teelt van biobrandstofgewassen kan bijvoorbeeld concurreren met die van voedselgewassen. Of de productie van biobrandstoffen kan zoveel CO2-uitstoot veroorzaken, dat de voordelen voor het klimaat teniet worden gedaan. De vraag is echter of die nadelen van fundamentele aard zijn of dat ze oplosbaar zijn.



ORIËNTATIE




Hoofdvraag-deelvragen
Hoofdvraag:

Zijn biobrandstoffen een goed alternatief voor fossiele brandstoffen?


Mogelijke deelvragen:

  • Welke biobrandstoffen zijn er?

  • Wat zijn de voor- en nadelen van biobrandstoffen?

  • (Hoe) kunnen biobrandstoffen helpen om klimaatverandering als gevolg van het broeikaseffect tegen te gaan?

  • Wat is het verschil tussen eerste, tweede en derde generatie biobrandstoffen?

  • Hoe is de koolstofinput en-output bij het gebruik van biobrandstoffen?





Persoonlijke leervragen
Wat wil je zelf te weten komen tijdens de behandeling van dit thema? Wat zijn jouw persoonlijke leerdoelen? Misschien maak je thuis of op school gebruik van groene stroom (elektriciteit opgewekt uit duurzame bronnen). Hoe wordt deze opgewekt? Worden hiervoor ook biobrandstoffen gebruik en zo ja welke?

Voorkennis
Basiskennis over de koolstofkringloop, invloed van de mens op kringlopen en broeikaseffect. Zie onder Kennisbank.



Eindtermen
Biologie
Eindtermen VWO
Subdomein D1: Energiestromen en kringlopen
Eindtermen HAVO
Subdomein D1: Energiestromen en kringlopen
Kernbegrippen

Koolstofkringloop, kringloop, broeikaseffect, klimaat, energie, energiebronnen, fossiele brandstof, biomassa, koolstofdioxide


Eindproduct
Verzin zelf een eindproduct waarin je het antwoord op de hoofdvraag en/of de deelvragen verwerkt.



WERKWIJZER




Vooraf
Individueel / Duo’s / Groepsgrootte

Individueel


Tijd

Voor de opdracht heb je ongeveer 4-6 uur nodig.







Stappenplan
Stap 1

Haal zonodig de noodzakelijke voorkennis op via Studiobiologie.


Stap 2

Maak een schematische overzicht waarin je de keten van productie tot gebruik van biobrandstoffen weergeeft. Geef ook de koolstofketen (input en output) aan, om de gevolgen voor de CO2-uitstoot duidelijk te maken.


Stap 3

Maak een schema/matrix waarin je de informatie die je nodig hebt voor de beantwoording van hoofd- en deelvragen verzamelt. Geef in ieder geval de belangrijkste voor- en nadelen van biobrandstoffen aan.


Stap 4

Gebruik de informatie voor een eindproduct naar keuze.





KENNISBANK
Studiobiologie 2e fase
Hoofdstuk 7 Energie en kringlopen

  • 7.3.1: Kringlopen
    = www.studiobiologie.nl/2efase/index_731.html

  • 7.3.2: Productie, verbruik en verlies van koolstof
    = www.studiobiologie.nl/2efase/index_732.html

  • 7.4.2: Invloed van de mens op kringlopen
    = www.studiobiologie.nl/2efase/index_742.html


BRONNEN

Hyperlinks



  • http://www.nrc.nl/achtergrond/article1882055.ece/Met_bio_meer_broeikas




  • http://www.kennislink.nl/publicaties/biomassa




  • http://groen.kennisnet.nl/lesbronnen/bioenergie




  • Informatie over biobrandstoffen van Ministerie van VROM
    http://www.vrom.nl/pagina.html?id=20929




  • http://www.duurzame-energie.nl/





LEERVERSTERKERS




Examenopgaven
Deze opdracht heeft raakvlakken met scheikunde, zie onderstaande examenopgave voor scheikunde.
Uit examen scheikunde 1,2 2007 tweede tijdvak


EcoEthanolTM
Volgens velen zullen zogenoemde biobrandstoffen in de toekomst belangrijk worden. Een voorbeeld van een biobrandstof is alcohol (ethanol) die aan benzine wordt toegevoegd. Het tekstfragment dat op de bijlage bij dit examen is afgedrukt (zie onderaan dit document), is ontleend aan een artikel over een nieuw proces voor de fabricage van ethanol. Lees dit tekstfragment en beantwoord daarna onderstaande vragen.
In veel landen wordt ernaar gestreefd om in benzine het percentage ethanol van biologische oorsprong, zoals EcoEthanolTM, te verhogen.
1 Geef twee argumenten waarom men streeft naar een hoger percentage biobrandstof, zoals EcoEthanolTM, in benzine.
In het Iogen-proces ontstaat bij de omzetting van de cellulose uit stro behalve glucose ook xylose, C5H10O5. Bij de vergisting (fermentatie) van xylose ontstaan dezelfde stoffen als bij de vergisting van glucose.
2 Geef de reactievergelijking voor de omzetting van de cellulose uit stro waarbij uitsluitend glucose ontstaat. Gebruik molecuulformules; neem (C6H10O5)n als molecuulformule voor cellulose.
3 Geef de reactievergelijking voor de vergisting (fermentatie) van xylose. Gebruik molecuulformules.
Het mengsel van alcohol en benzine dat in Californië wordt gemaakt (zie regels 86 t/m 92), kan zonder problemen en zonder aanpassingen aan de motor worden gebruikt. Dat komt omdat de stookwaarde van het mengsel maar weinig verschilt van de stookwaarde van benzine. De stookwaarde geeft aan hoeveel energie (in joule) een bepaalde hoeveelheid brandstof (kg voor vaste stoffen, m3 voor vloeistoffen en gassen) kan leveren (zie Binas-tabel 28A).
4 Bereken, mede met behulp van de stookwaarden, hoeveel energie (in joule) 1,0 m3 van het mengsel van ethanol en benzine dat in Californië wordt gemaakt, kan leveren.
De toename van de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer bij gebruik van een bepaalde brandstof wordt niet alleen veroorzaakt door de verbranding van die brandstof. Ook tijdens het productieproces en het transport van zo’n brandstof komt koolstofdioxide vrij. Bij het artikel zijn drie staafdiagrammen gegeven, waarin wordt weergegeven hoe groot de toename is van de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer bij gebruik van een aantal brandstoffen. Opvallend aan de staafdiagrammen is het grote verschil tussen ethanol uit maïs en EcoEthanolTM. In het tekstfragment staan gegevens waarmee dit verschil is te verklaren.
5 Noem twee gegevens uit het tekstfragment waarmee het grote verschil in CO2 emissie tussen ethanol uit maïs en EcoEthanolTM is te verklaren.
6 Bereken hoeveel kg koolstofdioxide blijkbaar ontstaat bij de productie en het transport van 1,0 L benzine. Neem C8H18 als formule voor benzine. Ga ervan uit dat volledige verbranding van benzine optreedt.
In het artikel wordt globaal beschreven hoe het productieproces van EcoEthanolTM verloopt. Er wordt niet vermeld dat:
− de toegevoegde enzymen volledig aan het vaste lignine adsorberen;
− de gist doorgroeit tijdens de fermentatie;
− de gist door filtratie wordt afgescheiden, waarna een deel wordt hergebruikt en de resterende gist wordt verkocht als bakkersgist of als veevoer of wordt gebruikt als brandstof bij het proces.
In het artikel wordt vrijwel niet ingegaan op scheidingsmethoden die tijdens het proces ook nodig zijn om uiteindelijk zuivere ethanol te verkrijgen.
7 Teken een blokschema voor het proces.
− Gebruik vijf blokken: twee blokken voor reactoren en drie blokken voor scheidingsmethoden.
− Geef in dit blokschema ook aan welke scheidingsmethoden worden gebruikt.
− Zet bijschriften bij alle stofstromen; kies daarbij uit de volgende lijst:
enzymen, ethanol, gist, koolstofdioxide, lignine, stro, suikers, water. Houd rekening met de mogelijkheid dat sommige bijschriften meerdere malen moeten worden gebruikt.
− Laat het biologisch reinigen van het water en het gebruik van lignine en eventueel overgebleven gist als brandstof buiten beschouwing.

Bijlage artikel
EcoEthanolTM

Tekstfragment


Alcohol mag dan niet de aangewezen

brandstof zijn voor de automobilist zelf,

maar in zijn tank kan het de motorgeest

op een plezierige manier vaardig

5 maken. Zonder enige aanpassing van

de motor en de brandstofsystemen kan

ethanol probleemloos tot zo’n vijf

procent of meer worden toegevoegd. De

Europese Unie is inmiddels uit de

10 startblokken gekomen met de

doelstelling dat in 2005 de totale

motorbrandstoffenplas voor minimaal

twee procent uit biomateriaal moet

bestaan, terwijl dat in 2010 al 5,75

15 procent moet zijn.

Iogen, een Canadese producent van

enzymen (een soort biokatalysator)

heeft een superieure methode

ontwikkeld om van groenresten en

20 oogstafval, bijvoorbeeld stro, zogeheten

cellulose-ethanol te maken. Het staat

tegenover de huidige methode om van

het voedingsdeel van een gewas

(bijvoorbeeld tarwe of maïs) ethanol te

25 maken. Evenmin concurreert het proces

met de voedselproductie. Tevens

gebeurt het maken van EcoEthanolTM,

de merknaam van het Iogen-product,

vrijwel CO2-neutraal.

30 Productie van ethanol op grote schaal

vindt nu eigenlijk alleen plaats in het

Midden-Westen van de Verenigde

Staten, op basis van maïs, of in Brazilië,

op basis van suikerriet. Ook in Europa

35 wordt ethanol gemaakt, maar tegen

dusdanig hoge kosten dat het alleen kan

bestaan met omvangrijke directe steun

aan boeren (landbouwsubsidies) en aan

ethanolproducenten (een speciaal

40 accijnsregime).

‘Het kan slimmer’, is de gedachte bij

Shell. Niet alcohol maken van

gewassen die ook kunnen dienen voor

menselijke en/of dierlijke voeding,

45 zoals maïs en suikerriet, maar

‘afvalgroen’ gebruiken, dus stengels,

bladeren, doppen, houtsnippers

desnoods. Met bovendien een veel

betere energie-balans in het proces,

50 zodat de CO2-balans over het gehele

traject (van akker tot tank) bijna

neutraal is (zie de staafdiagrammen

op de volgende pagina). Het

productieproces levert namelijk lignine

55 op, ofwel cellulose-vezelresten, en dat

kan worden gebruikt om de ketels te

stoken voor de proceswarmte.

Al dit ‘slimmer’ komt samen in het

Canadese Iogen-proces. Sinds begin

60 2004 draait in de buurt van Ottawa de

eerste demonstratiefabriek van Iogen

Energy. De voeding is stro. Het stro

wordt in grote ketels gekookt in een

waterige oplossing met een

65 toevoeging van speciale enzymen.

Hierbij worden suikers uit de cellulose

gevormd. Na een verblijfstijd van

enkele dagen wordt het tussenproduct

afgetapt voor verdere fermentatie -

70 onder toevoeging van gist - tot een

oplossing van ethanol. Daarna kunnen

de ketels worden geleegd, de filters

schoongemaakt en het water

biologisch gereinigd.

75 Een Iogen-fabriek moet bij voorkeur

midden in het grondstoffengebied staan.

Oogstafval heeft immers een geringe

energie-inhoud en dus loont het niet om

het over grotere afstand te

80 transporteren. Wel is het haalbaar om

de energierijke ethanol naar verdergelegen

markten te brengen. In de

Verenigde Staten betrekt Shell haar

ethanol (gemaakt uit het zetmeel van

85 maïs) uit staten in het Midden-Westen.

De ethanol wordt met speciale treinen

naar bijvoorbeeld Californië

getransporteerd naar een groot

benzinedepot van Shell. Daar wordt

90 benzine met ethanol gemengd. Deze

brandstof bevat 5,7 volume-procent

ethanol.










De database wordt beschermd door het auteursrecht ©opleid.info 2017
stuur bericht

    Hoofdpagina